核盘菌病毒的多样性、年际动态变化及低毒菌株SCH941中病毒间协生机制研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:suojianpku798
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核盘菌是一种世界范围内广泛分布的死体营养型植物病原真菌,可以危害700多种植物,包括重要的经济作物,如油菜。核盘菌引起的菌核病每年造成巨大的经济损失。真菌病毒是一类可以在真菌中复制并增殖的病毒,部分真菌病毒引致植物病原真菌毒力衰退,具有生物防治的潜力。核盘菌中蕴藏着丰富的真菌病毒,而且单一菌株经常被多种病毒复合侵染。明确真菌病毒年际动态变化、探究核盘菌群体中病毒多样性和病毒之间的相互作用,不仅可以发现和鉴定新的病毒,为病毒的进化和多样性提供新见解,而且也可以为菌核病的生物防治提供新的病毒资源和多种病毒合理联用提供理论指导。本论文连续三年对来自同一油菜田的核盘菌病毒多样性和年际动态变化进行了分析,对低毒菌株SCH941中病毒的分子特性和协生互作进行了探究。主要研究结果如下:分析了同一油菜田中核盘菌病毒多样性和年际动态变化,发现28种新病毒和潜在的核盘菌核心病毒组。连续三年从湖北省武穴市的一块油菜田中采集菌核,每年分离约100株核盘菌菌株。对2017年分离的103株核盘菌菌株进行生物学特性的测定,发现超过50%的菌株具有正常的菌落形态和致病力,约10%的菌株具有扇变的异常菌落形态及对油菜叶片的弱致病力。从309株核盘菌菌株中鉴定到68种真菌病毒,其中28种是新的真菌病毒。这68种真菌病毒隶属于20个病毒科,有8个病毒科的新病毒在核盘菌中首次被鉴定。在三年中,均是正单链RNA(+ss RNA)病毒占比最多,共有43种,占比63.2%;其次是负单链RNA(-ss RNA)病毒。68种病毒中,葡萄孢欧尔密病毒科(Botourmiaviridae)的成员最多,共12种;线粒体病毒科(Mitoviridae)的成员次之,共7种。在科水平上,三年均是线粒体病毒科成员的丰度最高,占总数的63%以上。有24种病毒连续三年被检测到,其中部分病毒为已报道与低毒相关,因此这些潜在核心病毒可能具有较高的生防潜力和田间存活能力。38.2%(26/68)的病毒仅在其中一年被检测到,26.5%(18/68)的病毒在其中两年中被检测到,表明病毒在连续三年中一直处于不断的变化中。62.5%(15/24)的dsRNA病毒和-ss RNA病毒在三年中仅被检测到一次,表明这两类病毒在核盘菌中传播困难或容易被脱去。通过末端克隆,获得了两种与裸露RNA病毒科(Narnaviridae)的成员具有相似性的多节段(3-4个片段)真菌病毒,但这两种病毒的依赖RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,Rd Rp)是分开的,由2条片段共同编码;进而在NCBI的SRA和TSA数据库中也发现了17种类似的病毒序列,基于Rd Rp序列的系统发育分析表明这类病毒单独聚为一簇,建议成立多聚裸露RNA病毒科(Polynarnaviridae)来容纳这类病毒。从测序数据中,也发现了4种具有独特进化地位的布尼亚病毒,建议成立一个核盘菌布尼亚病毒科(Sclerobunyaviridae)来容纳这4种病毒。这些结果表明来自同一油菜田的核盘菌病毒种类也具有丰富的多样性,不仅为病毒的分类和进化提供了新见解,也为筛选具有生防潜力的病毒提供了材料和思路。低毒菌株SCH941被6种病毒复合侵染,发现一种具有线性和环状基因组结构的新型+ss RNA病毒,且与一种dsRNA病毒存在“寄生”作用。除前期已鉴定的核盘菌双节段RNA病毒1(Sclerotinia sclerotiorum botybirnavirus 1,SsBV1)和核盘菌呼肠孤病毒1(Sclerotinia sclerotiorum reovirus 1,SsReV1)外,新鉴定到3种+ss RNA病毒和1种dsRNA病毒,并经过末端克隆获得了新发现的4种病毒基因组全长序列。基于病毒的序列分析,有3种病毒与已知病毒具有90%以上的氨基酸相似性,属于已知病毒的不同株系,分别命名为核盘菌丁型线性病毒1(Sclerotinia sclerotiorum deltaflexivirus 1,SsDFV1)、SsDFV3和SsBV3;另外1种为新病毒,命名为Sclerotinia sclerotiorum yadokari virus 1(SsYkV1)。SsYkV1的基因组是单节段的+ss RNA,全长为5256 nt(不包括3’末端的poly(A)结构)。SsYkV1的基因组只有一个大的开放阅读框(Open reading frame,ORF),编码1372个氨基酸的多聚蛋白,包含Rd Rp和2A-like两个保守结构域。SsYkV1编码的多聚蛋白与Yadokariviridae的成员具有一致性,与白纹羽病菌中的Rosellinia necatrix yado-kari virus 2(Rn Yk V2)具有51.69%的序列一致性和67%的覆盖度。基于SsYkV1和相近病毒的Rd Rp保守结构域序列构建的系统发育树显示SsYkV1是Yadokariviridae的新成员。SsYkV1除了线性的基因组外,还存在环形的基因组形式。通过病毒粒子和总RNA转染、原生质体再生和对峙传毒等方法获得了只携带SsDFV1的菌株、只携带SsBV3的菌株和携带SsBV3与SsYkV1的菌株,这些菌株的生物学特性与不携带任何病毒的SCH941A1菌株相比没有显著的差异,表明这些病毒(SsDFV1、SsBV3和SsYkV1)是隐性侵染,且SsYkV1寄宿在SsBV3的病毒粒子中。明确了菌株SCH941低毒特性与其携带真菌病毒间的协生作用相关,发现核盘菌RNAi抗病毒途径参与病毒间协生作用。将携带不同病毒的SCH941后代菌株与只携带SsReV1的SCH941R117菌株对峙培养,分别获得了被6种病毒(SsBV1、SsBV3、SsYkV1、SsDFV1、SsDFV3和SsReV1)、5种病毒(SsBV1、SsBV3、SsYkV1、SsDFV3和SsReV1)和4种病毒(SsBV1、SsBV3、SsYkV1和SsReV1)复合侵染的菌株,这些菌株均表现为生长缓慢、菌落形态异常且致病力很弱;而被3种病毒(SsBV3、SsYkV1和SsReV1)复合侵染的菌株则与不携带任何病毒的SCH941A1菌株表型类似,具有正常的生物学特性。因此,SsBV1和SsReV1可能存在协生互作。通过对不携带任何病毒的菌株SCH941A1、携带SsReV1的SCH941R117、携带3种病毒(SsBV1、SsBV3和SsYkV1)的SCH941R115、携带4种病毒(SsReV1、SsBV1、SsBV3和SsYkV1)的C3和携带6种病毒(SsReV1、SsDFV1、SsDFV3、SsBV1、SsBV3和SsYkV1)的菌株SCH941在营养生长阶段进行转录组分析,结果表明C3和SCH941菌株的基因表达具有显著的相似性。比较转录组分析发现病毒协生菌株中抗病毒反应的RNAi途径相关基因的表达被显著抑制,进而成功把核盘菌中RNAi途径中关键基因Ssdcl2敲除。被3种病毒(SsBV1、SsBV3和SsYkV1)复合侵染的(35)Ssdcl2突变体菌落形态异常,与原始菌株SCH941表型类似,表明菌株SCH941中病毒协生作用与核盘菌中RNAi途径存在相关性。为了明确呼肠孤病毒SsReV1中抑制RNAi抗病毒途径的基因,进行了GFP转基因烟草16c浸润试验及保守结构域分析,结果表明SsReV1片段6编码的VP6蛋白具有RNA沉默抑制子的潜在功能。在携带3种病毒(SsBV1、SsBV3和SsYkV1)的SCH941R115菌株中超表达SsReV1的VP6蛋白基因可导致超表达菌株的生长速率缓慢且菌落形态异常。以上结果表明SsReV1的VP6蛋白可能通过抑制寄主的RNAi抗病毒反应,进而促进SsBV1的复制或累积,引致核盘菌基因转录的重塑,最终导致核盘菌低毒特性。本研究发现来自同一油菜田的核盘菌菌株的病毒具有多样性且随时间变化,不仅为研究病毒的进化和多样性提供了材料,也为筛选在田间条件下可以稳定传播和流行的核心真菌病毒提供了思路和方法。发现低毒菌株SCH941被6种病毒复合侵染,其中SsYkV1同时具有线性和环形的基因组结构;发现SCH941菌株中的SsBV1和SsReV1发生协生互作,而这种互作是通过SsReV1的VP6蛋白抑制寄主的RNAi反应所引致的。该研究不仅为植物病害生物防治提供了潜在的真菌病毒资源,也为病毒在田间的合理联用提供了理论指导。
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